JP4628367B2 - 音波タッチ検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波タッチ・パネル等の音波接触検出装置に関する。

超音波接触検出装置は、広く使用されている。それらの応用の例として、パーソナル・コンピュータの操作スクリーン、鉄道の駅の切符販売機、コンビニエンス・ストアに設置されたコピー機、金融施設にあるＡＴＭ等が挙げられる。これらの音波接触検出装置は、ガラスなどから形成された基板（タッチ・パネル）上に備えられた圧電振動子（圧電素子）を含むトランスデューサを使用する。これらのトランスデューサは、バルク波のための発生手段、およびタッチ・パネルに接触する指などによって散乱された音波を検出するためのセンサの両方として機能する。表面音波は、指などによって散乱される。表面音波の散乱は、検出手段によって検出される。検出された信号は、コントローラのクロック信号と照合されて、表面音波が散乱された位置が決定される。

超音波振動は、バルク波として発生され、音波発生手段によって表面音波に変換され、基板に沿って伝達される。

バルク波が音波発生手段によって表面音波に変換されるとき、すべてのバルク波は変換されない。変換されなかったバルク波、反射アレイを通過した表面音波、および所定の方向以外の方向に反射された表面音波を含めたスプリアス波が発生する。これらのスプリアス波が基板に沿って反射され、センサ側コンバータに到達すると、それによってこれらのコンバータを振動させて電圧を生じさせる。これらの電圧がノイズとして受信され、コントローラによる適正な判断を混乱させる。

この理由のため、基板上に、発生したスプリアス波を吸収する振動遮断または振動吸収材料が備えられている（たとえば、特許文献１（第２ページ、図１）および特許文献２（第１１ページ、図２）に開示されている）。これらの振動遮断および振動吸収材料は、通常、樹脂テープの形式であり、基板に接着により取り付けられる。このテープに到達したスプリアス波は、吸収されて減衰される。

従来技術においては、振動遮断または振動吸収部材を基板に接着取り付けすることが必要になる。接着による取り付け手作業で行われ、したがって製造工程が増加し、生産性が低下する。その結果、製造コストが増加するという問題が存在する。
特開平６−３２４７９２号公報 特開昭６１−２３９３２２号公報

本発明は、以上の観点から開発された。本発明は、スプリアス波を効率的に散乱し、除去する、生産性が改善され、かつ製造コストが抑えられる音波接触検出装置を提供することをその目的とする。

本発明の音波接触検出装置は：
表面を有し、その表面に沿って音波が伝播する基板；
音波発生手段；
発生された音波を、基板の表面に沿って伝播させるための反射アレイ；
基板の表面に接触する物体によって生じる音波内の変化を検出するための検出器；および、
その物体の幾何学的座標を決定するためのコントローラ；
を備え、
音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するためのスプリアス波散乱手段が基板上に形成されている。

基板と同じ材料から形成される反射アレイをスプリアス波散乱手段が包含する構成が採用される。

音波発生手段およびスプリアス波散乱手段は、プリントもしくはエッチングのうちのいずれかによって形成することができる。

これにおいて「音波」は、基板の表面上を伝播する表面音波に加えて、薄い基板内で、その表面に沿って伝播する超音波を含む。

音波発生手段は、モード変換エレメントおよび超音波振動子を含むことができる。

検出器はコンバータとすることができる。このコンバータは、超音波振動を電気信号に変換するエレメント、または電気信号を超音波振動に変換するエレメントである。

スプリアス波散乱手段は、拡散格子とすることができる。

本発明の音波接触検出装置においては、音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するためのスプリアス波散乱手段が基板上に形成されている。したがって、スプリアス波散乱手段によってスプリアス波を効果的に散乱することが可能になる。

スプリアス波散乱手段が基板と同じ材料から形成される反射アレイを包含する構成を採用することができる。その場合においては、スプリアス波を効果的に散乱することが可能になる。

音波発生手段およびスプリアス波散乱手段は、プリントによって形成することができる。その場合においては、効率的なスプリアス波の散乱が可能になることに加えて、自動化されたプリントによって効率的な製造が可能になることから生産性が向上し、しかも製造コストが下がる。それに代えて、音波発生手段およびスプリアス波散乱手段を、エッチングによって形成してもよい。その場合においてもまた、効率的なスプリアス波の散乱が可能になることに加えて、両方の手段に対して単一の方法が使用可能となることから生産性が向上し、しかも製造コストが下がる。

以下、添付図面を参照して音波接触検出装置（以下、簡単に「装置」と言う）の好ましい実施態様を説明する。

図１は、装置１内において使用されることになるタッチ・パネル３の正面図である。図１に示されているとおり、タッチ・パネル３は、矩形のガラス・プレートによって形成された基板２；基板２上に搭載されたフレキシブル・プリント回路４（ＦＰＣ）；およびＦＰＣ ４と電気的にリンクされたコントローラ６を包含する。

ＦＰＣ ４は、ＦＰＣ分岐４ａおよびＦＰＣ分岐４ｂに分岐されている。ＦＰＣ分岐４ａは、基板２の水平方向、すなわち矢印Ｘによって示されるＸ軸方向に沿って延びている。ＦＰＣ分岐４ｂは、基板のＸ軸と直交する垂直方向、すなわち矢印Ｙによって示されるＹ軸方向に沿って延びている。超音波を発生するためのコンバータ（バルク波発生手段）８および１０が、ＦＰＣ ４上に搭載されている。それに加えて、センサとして機能するコンバータ（検出器）１２および１４がＦＰＣ ４上に搭載されている。

基板２の前面上には、Ｙ軸に沿ってその側縁４４の近傍に多数の傾斜ライン１６を包含する反射アレイ１８が形成されている。基板の他方の側縁４４には、多数の傾斜ライン２０を包含する反射アレイ２２が、反射アレイ１８と対向して形成されている。基板２の上縁２４の近傍には、Ｘ軸に沿って多数の傾斜ライン２６を包含する反射アレイ２８が形成されている。基板の下縁４５の近傍には、多数の傾斜ライン３０を包含する反射アレイ３２が、反射アレイ２８と対向して形成されている。これらの反射アレイ１８、２２、２８、および３２のパターンは、特許文献２および特開２００１−１４０９４号公報に開示されているパターンである。ここで注意が必要であるが、反射アレイ１８、２２、２８、および３２を、集合的に反射アレイ３３と呼ぶ。反射アレイ３３は、音波を反射し、それらを基板２の前面に沿って伝播させる。

コンバータ８、１０、１２、および１４は、基板２の裏面に接着により取り付けられている。基板２の前面上には、それぞれコンバータ８、１０、１２、および１４と対応する位置に、モード変換エレメント７８、８０、８２、および８４（格子）が形成されている。この構成について、図１１を参照し、モード変換エレメント８０を例に挙げて説明する。図１１は、基板２を矢印Ａの方向から見た部分拡大断面図である。図１１のモード変換エレメント８０は、基板２上におけるガラス・ペーストの焼結によって形成され、複数の平行リッジ８０ａを包含する。図１１に示されているリッジ８０ａは、この図の描画紙面に対して垂直の方向に延びている。

リッジ８０ａの幅は、４００μｍとなるように設定されており、それらの高さは、３５μｍもしくはそれを超えるように設定されている。バルク波が反射される方向は、リッジ８０ａの間の間隔を変えることによって変更される。この実施態様においては、リッジ８０ａが、リッジ８０ａの直隣に表面音波を発生させる間隔で形成される。コンバータ１０は、モード変換エレメント８０と反対側の基板上に接着により取り付けられ、はんだ付けによってＦＰＣ分岐４ｂと電気的に接続される。

残りのモード変換エレメント７８、８２、および８４についても同じ構成である。それらのうち、参照番号７８および８０によって示されるモード変換エレメント（音波発生手段）は、送信側コンバータ８および１０によって発生されるバルク波を表面音波に変換する。モード変換エレメント８２および８４は、基板２の前面に沿って伝播してきた表面音波（音波）をバルク波に変換する。

コンバータ１０は、約５．５ＭＨｚの周波数で超音波振動（バルク波）を発生する。超音波振動は、基板２の裏面からその内側を通って移動し、モード変換エレメント８０に達する。モード変換エレメント８０は、超音波振動を表面音波に変換し、それがリッジ８０ａに対して垂直に、反射アレイ３２に向かって伝達される（反射される）。この表面音波は、反射アレイ３２の内側に傾斜した傾斜ライン３０によって反射され、反射アレイ２８に向かい、基板２の前面に沿って、内側に傾斜した傾斜ライン２６に到達するまで伝播する。

モード変換エレメント７８および８０によって表面音波に変換されなかったバルク波は、特定の方向に放射されず、モード変換エレメント７８および８０から全方向に伝播する。変換されなかったバルク波の一部がコンバータ１２および１４に向かって伝達された場合には、それらが、主信号の検出を妨害するスプリアス波になる。それに加えて、モード変換エレメント７８および８０が、それらのリッジに垂直な方向に表面音波を発生するべく構成されている場合であっても、わずかな表面音波が意図しない方向に発生されることは知られている。これらの表面音波もまた、主信号の検出を妨害するスプリアス波となり得る。これらのスプリアス波がコンバータ１２および１４に到達すると、そこでノイズ信号が生成される。

反射アレイ２８に到達した表面音波は、それによって反射されてモード変換エレメント８４に向かって伝播する。モード変換エレメント８４に到達した表面音波は、それによってバルク波に変換される。変換されたバルク波は、基板２の裏面にあるコンバータ１４に伝達され、それがその振動を検出して電気信号に変換する。

コンバータ８によって発生された超音波振動（バルク波）についても類似の態様で、モード変換エレメント７８によって表面音波に変換される。その後、これらの表面音波が反射アレイ１８および反射アレイ２２を介してモード変換エレメント８２に到達する。これらの表面音波は、モード変換エレメント８２によってバルク波に変換され、コンバータ１４に伝達されて、そこでそれらが検出され、電気信号に変換される。

このようにして、基板２の前面の、反射アレイ１８、２２、２８、および３２によって覆われるすべての領域にわたって表面音波が伝播する。したがって、この領域内において基板２に指（物体）が接触（タッチ）すると、表面音波がその指によってブロックされて消失するか減衰される。表面音波内の変化に付随する信号の変化が、センサとして機能するコンバータ１２および１４から、それに接続されているコントローラ６のタイミング回路（図示せず）に送信される。コントローラ６は、指によってタッチされた位置の幾何学的座標を決定する。

表面音波は、反射アレイ３３の傾斜ライン１６、２０、２６、および３０のそれぞれによって反射される。それぞれの傾斜ラインに到達する表面音波の０．５％〜１％がそれによって反射される。残りは通過して隣接する傾斜ラインに伝達され、その結果、すべての傾斜ラインが、表面音波を連続的に反射する。

スプリアス波の拡散によりノイズを低減するためのスプリアス波散乱手段、すなわち拡散格子（拡散部分）は、装置１の基板２の前面上に形成される。拡散格子は、図１内に参照番号３４、３６、および３８によって示されている矩形部分、上縁２４に沿った傾斜ライン４０および４２によって形成される拡散格子４３、および側縁４４に沿った傾斜ライン４６および４８によって形成される拡散格子４９を含む。傾斜ライン４０、４２、４６、および４８は、反射アレイ１８、２２、２８、および３２とは異なる機能を有する第２の反射アレイを構成する。また第２の反射アレイは、拡散格子３４、３６、および３８内にも備えられる（図７参照）。拡散格子３４、３６、３８、４３、および４９の詳細については後述する。ここで注意を要するが、これらの拡散格子を、集合的に拡散格子５０と呼んでいる。

次に、接着により基板２に取り付けられるＦＰＣ ４について、図２、図３、および図４を参照して説明する。図２は、基板２に取り付けられるＦＰＣ ４を例示した正面図である。ＦＰＣ ４は、接着により基板２の裏面に取り付けられるが、便宜上それが実線を用いて描かれている。ここで注意が必要であるが、図２では反射アレイ３３および拡散格子５０が省略されている。図３は、ＦＰＣ ４の全体を示した略図的な平面図である。図４は、図３のＢによって示されるＦＰＣ ４の部分の拡大図である。これらの図３および図４に示されているＦＰＣ ４は、図２の基板２の裏面から見た状態に対応する。

電極５２および５４は、それぞれコンバータ（センサ）１２および１４に対応し、図３および図４に示されているとおり、ＦＰＣ ４の一端に備えられている。電極５２および５４は、はんだ付け、銀ペースト等の導電性接着剤、または非等方性導電性接着剤によって上側からコンバータ１２および１４に接続される。言い替えると、コンバータ１２および１４は、ＦＰＣ ４と基板２の裏面の間に配置される。ＦＰＣ ４は、前述したＦＰＣ分岐４ａならびに４ｂ、およびコントローラ６に接続するための接続ライン４ｃによって構成されている。

接続ライン４ｃおよびＦＰＣ分岐４ａは同一の長さのものであり、帯として一体的に形成される（図３参照）。接続ライン４ｃとＦＰＣ分岐４ａの間にはパーフォレーション５６が形成されており、これら２つの間の分離を可能にしている。ＦＰＣ分岐４ａの、電極５２が備えられている端の反対側の端には、コンバータ８と接続するための電極５８が備えられている。接続ライン４ｃの電極５８に近い端には、コントローラ６と接続するための電極６０が備えられている。ＦＰＣ分岐４ｂの、電極５４が備えられている端の反対側の端には、コンバータ１０と接続するための電極６２が備えられている（図３参照）。

図４に示されているとおり、接続ライン４ｃのプリント配線６４は、１０のプリントされた線、すなわち６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇ、６４ｈ、６４ｉ、および６４ｊを含む。信号線グループは、コンバータ（センサ）１２および１４に接続された４つのプリントされた線（信号受信線）６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、および６４ｇによって構成される。ここで重要なことは、信号線グループのいずれの側にもグラウンド線６４ｃおよび６４ｈが備えられていることである。

送信コンバータ８および１０に接続される信号線６４ｂおよび６４ｉが、グラウンド線６４ｃおよび６４ｈにそれぞれ隣接して備えられる。さらに、グラウンド線６４ａおよび６４ｊが信号線６４ｂおよび６４ｉにそれぞれ隣接してそれらの外側に備えられている。この構成は、信号受信線６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、および６４ｇがグラウンド線６４ｃと６４ｈによって囲まれ、信号送信線６４ｂおよび６４ｉがグラウンド線６４ｃと６４ａおよび６４ｈと６４ｊによってそれぞれ囲まれることから、結果としてすべての信号線のシールドがもたらされる。この関係は、ＦＰＣ分岐４ａおよびＦＰＣ分岐４ｂにおいても同様に維持される。この構成によって、プリントされた線６４ｂ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇ、および６４ｉからなる信号線グループが、外部の電磁波による影響を受けにくくなる。同時に、電磁波が外部に向かって放射されにくくなる効果も得られる。上記の構成は、ＦＰＣ ４が基板２に沿って長い距離にわたって延ばされる場合のＥＭＩ防止特性の向上に特に効果的である。

ここで注意を要するが、ＦＰＣ分岐４ｂの曲げラインが、図４の参照番号６６および６８によって示されている。ＦＰＣ分岐４ｂは、曲げライン６６に沿って、図４の描画紙面の表面に向かう方向に曲げられる。その後、ＦＰＣ分岐４ｂは、曲げライン６８に沿って、図４の描画紙面の表面から離れる方向に曲げられ、その結果、電極６２（図３参照）がコンバータ１０に面する。図２においては、曲げ部分が参照番号６９によって示されている。このようにして、ＦＰＣ分岐４ｂが基板２の側縁４４に沿って配置される。ここで注意が必要であるが、ＦＰＣ ４は、接着剤（図示せず）などによって基板２に固定される。

次に、図５を参照して反射アレイ３３の構成を説明する。図５は、図１に示されているものに対応する反射アレイ３３の正面図である。図５においては、スプリアス波を散乱するための拡散格子３４、３６、３８、およびその他が省略されている。反射アレイ１８、２２、２８、および３２の傾斜ライン１６、２０、２６、および３０は、それぞれ４５°の角度で傾斜されている。傾斜ライン１６、２０、２６、および３０は、表面音波を、それらが基板２を横断して面する反射アレイに向けて反射するべく構成されている。反射アレイ３３は、ペーストに形成された鉛ガラスの微粒子を、スクリーン・プリントまたはその他によって基板２の前面上にプリントし、その後、約５００℃において焼結することによって形成される。ここで注意を要するが、図５においては基板２のコーナが部分的に例示されており、参照番号２５によって示されている。上記に代えて、フィラーとして金属粒子が添加されて反射特性が向上したＵＶ効果インクまたは有機インクを、反射アレイの材料として使用してもよい。

傾斜ライン１６、２０、２６、および３０の間の間隔は漸減しており、言い替えると傾斜ラインは、送信側コンバータ８および１０から離れるに従って傾斜ラインの密度が高くなるように構成されている。これは、表面音波の強度が傾斜ライン１６、２０、２６、および３０を通過するに従って減衰されることによる。そのため、この減衰を補償して基板２の前面に沿って表面音波を一様に伝播させるべく上記の構成を採用する必要がある。ここで注意が必要であるが、反射アレイ２２および２８は、基板の上縁２４および側縁４４（図１参照）からそれぞれわずかに内側に備えられている。これは、次に述べる拡散格子５０の傾斜ライン４０、４２、４６、および４８が反射アレイ２２および２８の外側に備えられるようにするためである。

次に、スプリアス波散乱手段として機能する拡散格子５０について、図６を参照して説明する。図６は、図１に対応する正面図であり、モード変換エレメント７８、８０、８２、および８４とともに拡散格子５０を示している。第２の反射アレイを構成する傾斜ライン４０および４２が、基板２の上縁２４の近傍で互いに関して反対になる角度に形成されている。これらの傾斜ラインの角度は、基板２の中止部分に向かって垂直に近づき、それらの端に向かって漸進的に小さくなるようになっている。ほかの第２の反射アレイを構成する傾斜ライン４６および４８についても、類似の態様で互いに関して反対になる角度で、漸進的に変化する角度を伴って形成されている。これは、同一の方向にスプリアス波が反射されずに拡散されるようにするためである。

傾斜ライン４０、４２、４６、および４８は、従来のタッチ・パネルにおいてテープ等が接着される領域に位置決めされる。言い替えると、従来のタッチ・パネルのテープに置き換わるものとして傾斜ライン４０、４２、４６、および４８が形成される。これらの領域に到達するスプリアス波は、傾斜ライン４０、４２、４６、および４８によって拡散的に反射され、その結果、それらがコンバータ（センサ）１２および１４に伝達されない。超音波振動エネルギの減衰レートは、超音波の周波数、振動モード、およびガラスのタイプに応じて異なる。５．５ＭＨｚの表面音波の強度は、ソーダ・ライム・ガラスから形成された一般的な基板２に沿って４０ｃｍの伝播の後に、オリジナルの強度の１／１０まで減衰される。したがって、拡散的に減衰されたスプリアス波は、それらが基板２を横断して反射されるとき急速に減衰して消失する。

複数の独立したリッジ、すなわち４５°もしくは−４５°を除く角度で傾斜された傾斜ラインが、矩形の拡散格子３４、３６、および３８に形成されている。これらのリッジの形状について、図７および図８を参照して説明する。図７は、拡散格子３６および反射アレイ３３の部分拡大図である。図８は、拡散格子３８および反射アレイ３３の部分拡大図である。図７には、拡散格子３６の傾斜ライン３６ａが反射アレイ１８および３２とは異なる角度で配向されていることが明確に示されている。同様に図８には、より傾斜の急な傾斜ライン３８ａによって構成される拡散格子３８が明確に示されている。

また拡散格子３６および３８は、基板２の前面に沿って伝播するスプリアス波を４５°もしくは−４５°を除く角度で外側に向けて拡散的に反射するべく機能する。詳細は例示していないが、拡散格子３４もまた類似の構造および機能を有する。傾斜ライン３６ａおよび３８ａは、それぞれの拡散格子３６および拡散格子３８内において平行もしくは漸進的に変化する角度を有することができる。また拡散格子３４および拡散格子３８は、所定の方向以外の方向に伝播する表面音波の進路を遮断し、その結果それらがコンバータ（センサ）１２および１４に到達しない。

拡散格子５０は、ペーストに形成された鉛ガラスの微粒子によって、反射アレイ３３と同じ態様で基板２上にプリントされる。したがって拡散格子５０を、反射アレイ３３の形成と同時にプリントすることができる。これは、生産性を向上し、製造コストを下げる。

拡散格子３６および３８の傾斜ライン３６ａおよび３８ａは、複数のリッジとして形成される。しかしながら拡散格子がリッジによって形成されることに限定されることはなく、種々の修正が可能である。拡散格子（拡散部分）の代替構成を図９に示す。図９は、拡散格子（拡散部分）の代替形式を示した拡大図である。この拡散部分５１は、平面図において菱形を有する多数の突起５１ａによって構成される。拡散部分５１に到達するスプリアス波は、領域内の突起５１ａによって、それらが形成する領域内において反復的に反射される間に減衰する。突起の形状は、菱形に限定されず、矩形、三角形、そのほかの多角形、または楕円といった任意の所望の形状とすることができる。

図１０は、基板２の前面上に形成された拡散格子５０および反射アレイ３３の相対的な位置を例示した正面図である。図１０には、傾斜ライン４０および４２が反射アレイ２８の外側に位置決めされ、傾斜ライン４６および４８が反射アレイ２２の外側に位置決めされることが明確に例示されている。拡散格子３４、３６、および３８は、反射されずに反射アレイ３３を通過した音波（表面音波）が、反射アレイ３３がそれらを反射する方向とは異なる方向に反射されるように位置決めされている。

より詳細に述べれば、たとえばコンバータ８およびモード変換エレメント７８によって発生された表面音波が、反射アレイ１８を通過する間に、それらによって反射アレイ２２に向けて反射される。反射アレイ１８によって反射されなかった表面音波は、拡散格子３６に到達する。図７に示されているとおり、拡散格子３６は、表面音波を基板２の外側に向けて反射する。言い替えると、拡散格子３６は、主方向と反対の方向に表面音波を反射し、その結果、ノイズを発生することになる超音波振動がコンバータ（センサ）１２に到達しない。

基板２の縁に沿って形成された傾斜ライン４０、４２、４６、および４８は、基板２の前面に沿って伝播するバルク波を拡散的に反射し、減衰する。通常、バルク波は、モード変換エレメント７８および８０によって表面音波に変換される。しかしながら変換されるバルク波は１００％ではなく、それが所定の方向とは異なる方向に伝播する。したがって、それらのスプリアス・バルク波を減衰するために傾斜ライン４０、４２、４６、および４８が使用される。

それに加えて、モード変換エレメント７８および８０による変換の後に、所定の方向とは異なる方向に表面音波が伝播する。傾斜ライン４０、４２、４６、および４８は、それらの迷表面音波の拡散的な反射も行い、その結果、それらが種々の方向に散乱される。スプリアス超音波振動がコンバータ（センサ）１２および１４に到達してノイズを生じるリスクは、この拡散性の反射によって下げられる。

図１０の傾斜ライン４０と４２の間、および傾斜ライン４６と４８の間に、イルカ模様の絵柄８２がプリントされている。絵柄８２もまた、ノイズの低減に有効である。これらの絵柄８２は、曲線の輪郭を有する。絵柄８２の輪郭に到達したバルク波または迷表面音波は、種々の方向に反射され、減衰される。輪郭が曲線から形成される限り、あるいはスプリアス波を種々の方向に拡散的に反射させる角度を有するものである限り、任意の絵柄を採用することができる。それに代えて、基板２のこれらの部分にパターンをプリントしてもよい。

以上、本発明の実施態様について詳細に説明してきた。しかしながら本発明は、ここに述べた実施態様に限定されない。たとえば拡散格子５０を、フッ化水素酸を用いたエッチングによって形成してもよい。また拡散格子５０を、レーザ、サンドブラスト、あるいはカッティングを採用する化学的もしくは物理的除去処理によって形成することもできる。言い替えると、突出に代えてグルーブによって拡散格子５０を形成することができる。

この実施態様においては、モード変換エレメント７８、８０、８２、および８４を有する、いわゆる「格子タイプ」の表面音波発生手段が採用される場合が説明されている。しかしながら本発明は、このタイプの表面音波発生手段を採用する装置に限定されない。たとえば本発明を、アクリル・プリズム（図示せず）を使用するくさびタイプのコンバータ（図示せず）によって表面音波を発生する音波接触検出装置に応用することもできる。また本発明を、格子ないしはくさびを伴わない超音波振動子上に形成された櫛形電極のペアを採用する音波接触検出装置に応用することもできる。

本発明に使用されているＦＰＣ ４は、任意の所望の接着剤を用いて基板２に接着し、取り付けることができる。しかしながら圧電振動子は、紫外線硬化接着剤を使用して接着され、取り付けられることが好ましい。これは、接着をもたらす紫外線の照射の前に、モード変換エレメント７８、８０、８２、および８４に関してコンバータ８、１０、１２、および１４の位置の調整を可能にして表面音波の最適発生を確保するためである。

スプリアス波散乱手段は、ここで述べたとおり、拡散性の反射および減衰を生じさせるタイプのものとすることができる。ここで注意する必要があるが、前述した実施態様においては、２つのコンバータ（センサ）１２および１４が互いに近接して備えられている。しかしながらこれらのコンバータ（センサ）１２および１４は、送信コンバータ８および１０と場所を交換してもよく、その結果、それらの位置が互いに離れる。この場合、コンバータ１２もしくは１４のいずれかから表面音波が漏れるとき、他方のコンバータ１４もしくは１２がそれらと近接していないことから、当該他方のコンバータによって拾われるノイズが抑圧される。それに加えて、コントローラ６から送信コンバータ８および１０までの電気的経路が短縮される。したがってスプリアス放射、すなわち電気的経路からの電磁波の放射を抑圧することができる。

次に、上記と同じ態様でスプリアス波を減衰し、除去するためのスプリアス波散乱手段の別の実施態様について説明する。ここで注意を要するが、以下の説明においては、反射アレイと同時に、ペーストに形成されたガラスの微粒子をプリントすることによってスプリアス波散乱手段が形成される製造効率の高い場合を説明する。しかしながらフッ化水素酸を用いたエッチング、レーザ、サンドブラスト、あるいはカッティングを採用するプロセス等のようなグルーブを形成するための化学的もしくは物理的除去処理が採用されることもある。

図１２は、スプリアス波をランダムに散乱し、除去するための第２の実施態様のスプリアス波散乱手段が形成された基板の正面図である。図１３は、図１２の基板上のスプリアス波散乱手段が形成された領域の部分拡大図である。図１４は、スプリアス波散乱手段の第３の実施態様を伴う基板の正面図である。図１５は、図１４に類似の第４の実施態様のスプリアス波散乱手段が形成された基板の正面図である。ここで、図１２、図１３、図１４、および図１５が図１に示されている（タッチ・パネル）装置の変形を例示しており、拡散格子３４、３６、および３８が、第２、第３、および第４の実施態様のスプリアス波散乱手段によって置き換えられていることに注意を要する。そのほかの構造は、これら３つの実施態様を通じて共通しており、したがって同一の構造を同一の参照番号によって示し、また説明を省略する。また、図１２〜図１５においては重要な部分だけが例示されており、そのほかの部分が省略されていることにも注意が必要である。

１． ランダム散乱によるスプリアス波の除去
一例として基板上に微細な突起が（前述したプリント方法によって）ランダムに分布されてスプリアス波散乱手段を形成している場合を説明する。ここで注意を要するが、前述したとおり、これらの微細な突起に代えて化学的もしくは物理的グルービング処理（ホーリング処理）によって凹部を形成してもよい。

図１２および図１３に示されているとおり、拡散部分１００および１０２が、スプリアス波散乱手段として基板２ａ上の側縁４４、下縁４５、およびそれらのコーナに形成されている。拡散部分１００は、形状において矩形であり側縁４４および下縁４５に沿って延びている。拡散部分１０２は、コーナにＬ字形に形成される。これらの拡散部分１００、１００および１０２は、すべて反射アレイ１０６および１０８の外側に配置されている。拡散部分１００、１００、および１０２内には、多数の拡散突起１０４がランダムに、すなわち規則性を伴うことなく配置されている。拡散突起１０４の形状は平面図において矩形になる。しかしながら拡散突起１０４は、矩形であることに限定されず、円、楕円、または多角形等の任意の所望の形状とすることができる。拡散突起１０４は、同一のサイズとしてもよく、あるいはそれぞれの拡散突起１０４を異なるサイズおよび形状としてもよい。ここでは、拡散突起１０４の分布が、スプリアス波（たとえば、寄生エコー）が充分に散乱され、除去されるように（その結果、それらがセンサによってノイズとして検出されなくなるように）設定される。

拡散突起１０４のグループである拡散部分１００、１００、および１０２が、基板２ａの表面に沿って伝播するスプリアス波を散乱し、除去する態様は、前述した実施態様におけるものに同じである。したがって詳細については説明を省略する。図１２には、スプリアス波が除去されるまで移動する経路１３０、１３２、１３４、１３６が示されている。

２． コヒーレントな散乱によるスプリアス波の除去
ペースト状のガラス粒子をプリントすることによって基板上にスプリアス波散乱手段および反射アレイが同時に形成される方法においては、スプリアス波散乱手段と反射アレイの傾斜ラインのリッジの高さが（たとえば、５μｍ〜１０μｍの高さにおいて）実質的に整合する必要がある。さらに、限定されたエリア内におけるスプリアス波の減衰ならびに除去が望まれる。この場合、コヒーレントな散乱効果を作り出す拡散格子を形成することによってスプリアス波の減衰ならびに除去をより効果的に実行することができる。

コンバータから放射され、基板を通って伝播するスプリアス波の周波数ならびに波長が既知であり、それぞれ５．５ＭＨｚおよび約５７０μｍである（ソーダ・ガラス基板の場合）。これらの事実を利用する。

図１４に示されているとおり、拡散格子１１０ａおよび１１０ｂは、基板２ｂの側縁４４に沿って形成されている。拡散格子１１０ｃおよび１１０ｄは、基板２ｂの下縁４５に沿って形成されている。ここ注意が必要であるが、拡散格子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄを集合的に拡散格子１１０と呼ぶことにする。拡散格子１１０は、モード変換エレメント７８、８０、８２、および８４の反対側の基板２ｂのエッジの近傍に備えられている。拡散格子１１０は、拡散格子４３および４９に類似した外側に傾斜した傾斜ライン１１２を包含する。傾斜ライン１１２は、互いに平行に備えられ、それらの傾斜角は拡散格子４３および４９の傾斜角より小さい。この傾斜ライン１１２の構成によって、拡散格子１１０は、レイリー波（表面音波）のコヒーレントな散乱によりスプリアス波を散乱し、除去するべく機能する。言い替えると、レイリー波が、互いに干渉する間に散乱され、除去される。

３． コヒーレントな散乱によりレイリー波をバルク波に変換することによるスプリアス波の除去
上記第２項で述べたコヒーレントな散乱によるスプリアス波の除去は、スプリアス波となったレイリー波（表面音波）を異なる形式のレイリー波に変換しない。しかしながら、レイリー波（表面音波）がバルク波に変換され、そこから基板の表面に関して垂直に振動する成分が除去される方法もまた有効である。

言い替えると、スプリアス波の伝播方向が変更されるか散乱され、基板の前面と裏面の間をバウンドしながら伝播するバルク波に変換される。バルク波は、表面音波と異なり、水平表面に沿って高速で移動することもなく、また長い距離を移動することもない。したがって、より迅速にスプリアス波が減衰され、除去されることが可能になる。バルク波への表面音波の変換は、音響学の分野において「ラム・モードに対するレイリー波の合体」とよばれる
図１５に示されているとおり、基板２ｃ上に形成された拡散格子１２０（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、および１２０ｄ）は、上記第２項で述べたコヒーレントな散乱によるスプリアス波の除去のための拡散格子１１０（図１４参照）に類似している。しかしながら、拡散格子を構成する傾斜ラインの間隔および傾斜ラインの幅がそれらと異なる。それに加えて、傾斜ラインの向き（角度）を傾斜ライン１１２と同じ、あるいはそれらと違えることができる。

以上述べたとおり、スプリアス波の散乱および除去のためのスプリアス波散乱手段として種々の構成を適用することができる。

ここで注意を要するが、これまで述べた実施態様においては、基板上に搭載される電気回路の配線としてフレキシブル・プリント回路（ＦＰＣ）が使用されている。しかしながら、それに代えてフレキシブル・フラット・ケーブル（ＦＦＣ）を配線として採用してもよい。

本発明の音波接触検出装置において使用されることになるタッチ・パネルの正面図である。 基板に取り付けられるフレキシブル・プリント回路（ＦＰＣ）を例示した正面図である。 ＦＰＣの全体を示す略図的な平面図である。 図３においてＢによって示されているＦＰＣの部分の拡大図である。 図１に示したものに対応する反射アレイの正面図である。 図１に示したものに対応するモード変換エレメントおよび拡散格子の正面図である。 反射アレイおよび拡散格子の部分拡大図である。 反射アレイおよび拡散格子の別の部分拡大図である。 拡散格子の代替形式の拡大図である。 拡散格子および反射アレイの相対的な位置を例示した正面図である。 矢印Ａの方向から見た図１の基板の略図的な部分拡大図である。 スプリアス波をランダムに散乱し、除去するためのスプリアス波散乱手段が形成された基板の正面図である。 図１２の基板上の形成されたスプリアス波散乱手段が形成された領域の部分拡大図である。 スプリアス波散乱手段の別の実施態様を伴う基板の正面図である。 図１４に類似したスプリアス波散乱手段が形成された基板の正面図である。

符号の説明

１ 装置
２，２ａ，２ｂ，３ｃ 基板
３ タッチ・パネル
４ フレキシブル・プリント回路；ＦＰＣ
４ａ，４ｂ ＦＰＣ分岐
４ｃ 接続ライン
６ コントローラ
８，１０ コンバータ
１２，１４ コンバータ；コンバータ（センサ）
１６，２０，２６，３０，３６ａ，３８ａ，４０，４２，４６，４８，１１２ 傾斜ライン
１８，２２，２８，３２，３３，１０６，１０８ 反射アレイ
２４ 上縁
２５ コーナ
３４，３６，３８ 矩形部分；拡散格子
４３，４９，５０，１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１２０ 拡散格子
４４ 側縁
４５ 下縁
５１，１００，１０２ 拡散部分
５１ａ 突起
５２，５４，５８，６０，６２ 電極
５６ パーフォレーション
６４ プリント配線
６４ａ，６４ｃ，６４ｈ，６４ｊ グラウンド線
６４ｂ，６４ｉ 信号線
６４ｄ，６４ｅ，６４ｆ，６４ｇ 信号受信線
６６，６８ 曲げライン
６９ 曲げ部分
７８，８０，８４ モード変換エレメント
８０ａ 平行リッジ；リッジ
８２ モード変換エレメント；絵柄
１０４ 拡散突起
１３０，１３２，１３４，１３６ 経路

Claims (4)

1. 表面を有し、前記表面に沿って音波が伝播する基板、
   バルク波発生手段、
   バルク波を前記音波に変換するモード変換エレメント、
   前記基板の前記表面に沿って前記発生された音波を伝播させるための反射アレイ、
   前記基板の前記表面に接触する物体によって生じる前記音波内の変化を検出するための検出器、および、
   前記物体の幾何学的座標を決定するためのコントローラ、
   を備え、
   前記音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するための拡散部分が前記基板上に形成されており、前記拡散部分は、ランダムに分布された拡散突起または凹部のグループを包含することを特徴とする音波接触検出装置。
2. 前記拡散部分は、前記基板と同じ材料から形成される反射アレイを包含することを特徴とする請求項１記載の音波接触検出装置。
3. 前記反射アレイおよび前記拡散部分は、プリントもしくはエッチングによって形成されることを特徴とする請求項１または２いずれか１項記載の音波接触検出装置。
4. 前記モード変換エレメントおよび前記拡散部分は、接着もしくは焼結によって形成されることを特徴とする請求項１または２記載の音波接触検出装置。

Images